第一章SOFC简介
固态氧化物形燃料电池
固态氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）是一种高效、环保的能源转换技术，具有广泛的应用前景。
本文将介绍SOFC的工作原理、优势和应用领域。
首先，SOFC是一种以固态氧化物为电解质的燃料电池。
其工作原理是利用氢气（或其他燃料）在高温下与氧气反应，产生电流和水蒸气。
SOFC的关键部件包括阳极、阴极和电解质层。
在阳极，氢气被氧化成水蒸气和电子，电子通过外部电路产生电流，而水蒸气穿过电解质层到达阴极，在与电子和外部供应的氧气反应后生成水。
这种高温下的反应过程能够产生高效的能量转换。
SOFC相比于其他类型的燃料电池具有许多优势。
首先，SOFC能够直接利用多种燃料，如氢气、天然气、生物气体等，具有较高的适应性。
其次，SOFC的能量转换效率高达60-80%，远超过传统发电方式。
此外，SOFC具有较长的使用寿命和较低的维护成本，使其在能源领域具有广泛的应用前景。
目前，SOFC在多个领域得到了应用。
首先是分布式发电系统，SOFC可以作为独立的发电单元，为家庭和工业提供稳定的电力供应。
其次，SOFC可以与其他能源设备集成，如太阳能电池和风力发电机，实现多能源互补。
此外，SOFC还可以应用于交通工具，如汽车和无人机，为其提供清洁、高效的动力来源。
总之，固态氧化物燃料电池是一种具有巨大潜力的能源转换技术。
其高效、环保的特点使其在分布式发电、能源互补和交通工具等领域具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步，相信SOFC将在未来能源领域发挥越来越重要的作用。
sofc可行性研究报告
sofc可行性研究报告目录一、引言二、SOFC技术概述2.1 SOFC原理及特点2.2 SOFC优势与劣势三、SOFC应用领域分析3.1 能源生产3.2 交通运输3.3 工业加热3.4 分布式能源系统四、SOFC技术市场分析4.1 全球SOFC市场发展趋势4.2 SOFC应用市场分布4.3 SOFC市场竞争格局五、SOFC技术发展前景5.1 SOFC技术发展趋势5.2 SOFC技术未来发展预测六、SOFC技术可行性分析6.1 经济可行性分析6.2 技术可行性分析6.3 环境可行性分析七、结论八、参考文献一、引言固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是一种新型高效、清洁的能源转换设备，其具有高效率、低污染、多燃料适用等特点，因此备受关注。
SOFC技术在能源、交通、工业等领域有广泛的应用前景。
本报告旨在对SOFC技术的可行性进行深入分析，为相关领域的研究和市场应用提供参考。
二、SOFC技术概述2.1 SOFC原理及特点SOFC是一种利用固体氮化物作为电解质的高温氧化还原电池，其工作原理是将化学能直接转化为电能。
SOFC的核心组件为阳极、阴极和电解质三层结构，通过固体氧化物电解质的离子传导和电子传导，在高温条件下将氢气或一氧化碳等燃料与空气进行氧化还原反应，从而产生电能，同时产生热能。
SOFC具有高效率、低污染、寿命长、多燃料适用等特点。
其高效率主要体现在其电-热联产性能，能够利用高温余热进行热能回收，综合能源利用效率可达60%以上，是传统燃料电池和燃气发电的两倍以上。
另外，SOFC在使用天然气、生物质气等多种燃料时均有良好的适应性，适用范围广泛。
2.2 SOFC优势与劣势SOFC具有以下优势：1）高效率：SOFC的电-热联产性能高，综合能源利用效率高达60%以上；2）低污染：SOFC燃料电池的废气污染物排放极少，对环境友好；3）寿命长：SOFC的寿命可达2-3万小时以上，远高于传统燃料电池；4）多燃料适用：SOFC可以利用多种燃料，如氢气、一氧化碳、甲烷等。
固体氧化物燃料电池SOFC
固體氧化物燃料電池（SOFC）研究進展和發展動態陳誦英王峰雲鄭淑芬2003.1-2003.9文獻調研報告------SOFC研究進展和發展動態陳誦英王峰雲鄭淑芬摘要毫無疑問，燃料電池是21世紀的新的二次能源裝置，是解決能源利用效率低和環境污染雙重問題的高新技術，保持人類文明持續發展的有效手段。
雖然在把燃料電池推向產業化方面，質子膜燃料電池跑在前面，但由於固體氧化物燃料電池（SOFC）具有比其高得多的能量利用效率，世界各國投入了大量人力、物力和財力來研究發展SOFC。
固體氧化物燃料電池是所有燃料電池中能量利用效率最高的，可達90%甚至超過100%，發電效率也能高達70%，因此在大量消耗能源的電力系統和交通運輸系統有很大的競爭力，其應用潛力很大。
作為固定發電站的發電機用大功率管式設計SOFC和平板式設計SOFC已進入批量生產，家庭辦公樓醫院商店等獨立用戶的數千瓦至數十千瓦電力外加數十千瓦至數佰千瓦熱量的熱電聯供系統（CHP）的平板式設計SOFC和在運輸工具上作為輔助電源用的數千瓦至數十千瓦的輔助電力單元（APU）的板式SOFC也已建立了中試生產線。
SOFC裝置能否象手機那樣為市場接受，關鍵是市場的接受程度而這又取決於SOFC的性能價格比。
多數市場研究者預言，SOFC裝置能象手機那樣在數年內為市場所接受，而且市場對SOFC裝置需求的容量非常大。
要把這些產品成功推向市場的關鍵是SOFC的製造成本，降低製造成本可從兩方面著手，一是使用低價格原材料和降低SOFC的燒製成本，二是使SOFC產品能大批量生產。
不少公司正在從這兩個方向努力。
本調研報告把重點放在與固體氧化物燃料電池相關材料特別是電解質材料和電極材料的研究發展和SOFC的燒制技術發展這兩方面。
在已研究發展的六類固體氧化物燃料電池電解質中，釔穩定氧化鋯（YSZ）、稀土金屬摻雜氧化鈰（RDC）、堿土摻雜鎵酸鑭（LSG）、摻雜氧化鉍、質子傳導SOFC電解質等五類是真正的電解質材料，另一類是材料設計就是把前五類電解質材料薄膜有選擇地組合起來形成多層薄膜電解質。
固体氧化物燃料电池(SOFC)
固体氧化物燃料电池(SOFC)及其发展摘要：固体氧化物燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学装置，具有高效率、零污染、无噪声等特点。
它可以为民用、贸易、军事和交通运输等提供高质量的电源。
这一技术的成功应用对于缓解能源危机、满足对电力数目和质量的需求、保护生态环境和国家安全都具有重大的意义。
本文简略地介绍了固体氧化物燃料电池及现状和存在的题目，并提出了值得深进研究的课题。
关键词：固体氧化物燃料电池(SOFC)，现状，发展1．固体氧化物燃料电池发展背景燃料电池的历史可以追溯到1839年，SOFC的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。
以美国西屋电气公司(Westinghouse Electric Company)为代表，研制了管状结构的SOFC，用挤出成型方法制备多孔氧化铝或复合氧化锆支撑管，然后采用电化学气相沉积方法制备厚度在几十到100μm的电解质薄膜和电极薄膜。
1987年，该公司在日本安装的25kW级发电和余热供热SOFC系统，到1997年3月成功运行了约1. 3万小时；1997年12月，西门子西屋公司(Siemens Westinghouse Electric Company)在荷兰安装了第一组100kW管状SOFC系统，截止到2000年底封闭，累计工作了16 ,612小时，能量效率为46 %；2002年5月，西门子西屋公司又与加州大学合作，在加州安装了第一套220kW SOFC与气体涡轮机联动发电系统，目前获得的能量转化效率为58 %，猜测有看达到70 %。
接下来预备在德国安装320kW 联动发电系统，建成1MW的发电系统，预计2005年底，管状结构SOFC走向贸易化。
同时，日本三菱重工长崎造船所、九州电力公司和东陶公司、德国海德堡中心研究所等也进行了千瓦级管状结构SOFC发电试验.另外，加拿大的环球热电公司( Global Thermoelectric Inc. )，美国GE、Z2tek 等公司在开发平板型SOFC上取得进展，目前正在对千瓦级模块进行试运行。
固体电解质型燃料电池(SOFC)介绍
固体电解质型燃料电池(SOFC)介绍作为SOFC开发的基础科学离子学，其开发历史很长，日、美、德等国已有30多年的开发史。
日本工业技术院电子技术综合研究所从1974年起就开始研究SOFC，1984年进行了500瓦发电试验(最大输出功率为1.2千瓦)。
美国西屋公司从1960年起开始开发SOFC，1987年该公司与日本东京煤气、大阪煤气共同开发出3千瓦热自立型电池模块，在国内外掀起了开发SOFC的高潮。
日本新阳光计划中，以产业技术综合开发机构(NEDO)，为首，从1989年起开始开发基础制造技术，对数百千瓦级发电机组进行测试。
1992年起，富士电机综合研究所和三洋电机在共同研究开发数千瓦级平板型模块基础上，还组织了7个研究机构积极开发高性能、长寿命的SOFC材料及其基础技术。
除此之外，三菱重工神户造船所与中部电力合作，共同开发平板型SOFC，1996年创造了5千瓦级模块成功运行的先例。
同时，在圆筒横缟型电池领域中，1995年三菱重工长崎造船所在电源开发共同研究中，采用圆筒横缟型电池，开发出10千瓦级模块，成功地进行了500小时试运行，之后又于1996年开发了2.5千瓦模块，并试运行1000小时。
TOTO与九州电力共同开发全湿式圆筒纵缟型电池，1996年起，开始开发1千瓦级模块。
同时，在日本以大学与国立研究所为首的许多研究机构在积极开发SOFC。
美国西屋公司在能源部的支持下，开始开发圆筒纵缟型电池。
东京煤气和大阪煤气对25千瓦级发电及余热供暖系统进行的共同测试表明，截至1997年3月，已成功运行了约1.3万小时，其间已经过11次启动与停机，千小时单位电池的劣化率小于0.1％，可见其技术已非常成熟。
西屋公司除计划在1998年与荷兰、丹麦共同进行100千瓦级模块运行外，为降低制造成本，还在研究开发湿式电池制造技术。
美国Allied－signal、SOFCo、Z－tek等公司在开发平板型SOFC 上取得进展，目前正对1千瓦级模块进行试运行。
固体氧化物燃料电池的制备和应用
固体氧化物燃料电池的制备和应用固体氧化物燃料电池，简称SOFC，是一种利用化学反应直接将化学能转化为电能的新型电化学能源装置。
它以固体氧化物为电解质，更为环保且能达到较高的高效转换率。
因此，SOFC在能源领域中有着广泛的应用前景。
本文将详细介绍SOFC的制备和应用。
一、固体氧化物燃料电池的制备（一）基本原理固体氧化物燃料电池由阳极、阴极及固体氧化物电解质三部分组成。
在SOFC 中，电解质通常采用氧化物电解质如氧化锆等。
阳极和阴极通常采用钨酸盐等催化剂材料，用于促进氧与燃料的反应并加速反应速率。
当氢气经过阳极时，会发生输入反应：2H2 + O2- = 2H2O + 4e-，生成水和电子。
电子则会从阳极移动到阴极处，从而产生电流。
（二）制备方法目前，SOFC的制备方法主要有多种方式，其中最为常见的是单晶体法、固相烧结法和浆料注射成形法。
1. 单晶体法单晶体法是通过溶液的方式，在温度较低的情况下制备SOFC。
该制备方法操作简单、成本较低、制备周期短。
其基本原理是将材料的溶液依次喷涂在单晶体表面上，然后在恒温烤箱中进行烘烤，最终形成SOFC。
2. 固相烧结法固相烧结法是通过固相反应的方式制备SOFC。
该方法较为复杂，但能制备出高品质的SOFC。
其基本原理是将氧化物电解质、阳极和阴极等多种材料混淆后，通过高温烧结的方式制成SOFC。
该方法具有可靠性高、制备的SOFC硬度与密度等均较高的特点。
3. 浆料注射成形法浆料注射成形法是利用液态浆料将SOFC制备而成。
该方法适用于制备SOFC铺层，能制备出具有良好孔隙性和厚度均匀的SOFC。
其基本原理是将多种材料制成一定比例的液态浆料，然后将其喷涂到所需位置。
二、固体氧化物燃料电池的应用SOFC的应用范围十分广泛，包括移动电源、工业用电、农业用电等多个领域。
（一）移动电源在移动电源领域，SOFC能够实现小型化、高效化和绿色化。
它可以广泛使用于航空、轮船等移动设备，能够为电动汽车提供长时间、高效率的动力；同时也可以使用于中小型移动通讯基站，能够提供长时间、高容量的电源，解决了传统电源续航能力有限的问题。
功能材料--固体氧化物燃料电池
SOFC的结构
阳极
阳极的主要作用是为燃料的电化学氧气提 供反应场所，所以阳极材料必须在还原气氛中 稳定，具有足够高的电子电导率和对燃料氧化 反应的催化活性，除此之外还必须具备足够高 的孔隙率，以确保燃料的供应以及反应产物的 排出。
固体氧化物燃料电池原理及结构
固体氧化物燃料电池 电化学反应示意图
固体氧化物燃料电池工作原图
简单的SOFC由阴极、阳极、电解质、 用电器组成。氧分子在空气极得到电子， 被还原成阳离子O2-,在阴阳极氧化学位 差的作用下，氧离子（通常以氧空位的 形式）通过电解质（固态）传送到阳极， 并在阳极同燃料发生反应，生成水和电 子，电子通过外电路的用电器做功，并 形成回路。
电流通过的路径较长，限制了SOFC的性能。
SOFC的优点
• 全固态的电池结构，避免了使用液态电解 质所带来的腐蚀和电解液流失等问题;
• 对燃料的适应性强； • 能量转换效率高； • 不需要使用贵金属催化剂； • 低排放低噪声； • 规模和安装地点灵活； • 长时间不间断的工作； • 能量转化率达到50%-80%。
二）管型SOFC
管式SOFC电池组由 一端封闭的管状单电池 以串联、并联方式组装 而成。每个单电池由内 到外由多孔支撑管、空 气电极、固体电解质薄 膜金属陶瓷极组成。
管型SOFC的优点： 单电池间的连接体设在还原气氛一侧，这
样可使用廉价的金属才聊作电流收集体。单电 池采用串联、并联方式组合到一起，可以避免 当某一单电池损坏时，电池组完全失效。用镍 毡将单电池的连接体联结起来，可以减小单电 池间的应力。管型SOFC电池组相对简单，容易 通过电池单元之间并联和串联组成大功率的电 池组。管型SOFC一般在很高的温度下操作，主 要用于固定电站系统，所以高温SOFC一般采用 管型结构。 管型SOFC的缺点：
固体氧化物燃料电池资料
SOFC 采用固体氧化物作为电解 质，在高温下具有传递 O2-的能 力，在电池中起着传导 O2-和分 隔氧化剂和燃料的作用。在阴极， 氧分子得到电子还原为氧离子； 氧离子在电解质隔膜两侧电势差 与氧浓度差驱动力的作用下，通 过电解质隔膜中的氧空位，定向 跃迁到阳极侧，并与燃料进行氧 化反应。
固体氧化物燃料电池工作原理示意图
■平板型 SOFC 的优点 ：
“三合一”组件制备工艺简单，造价低，由于电流收集均匀，流 经路径短，使平板型电池的输出功率密度较管式高。
■平板型SOFC的缺点 ：
密封困难、抗热循环性能差及难以组装成大功率电池组。但是， 当SOFC的操作温度降低到 600~800 ℃后，可以在很大程度上扩 展电池采用的选择范围、提高电池运行的稳定性和可靠性，降低 电池系统的制造和运行成本。
? 管型SOFC是目前最接近商业化的SOFC发电技术。西 门子-西屋动力公司（SWPC）； ? 日本的Kansai 电力公司的管型SOFC已经进行了10529h的
高电流密度放电试验； ? 加拿大的Global 热电公司在中温平板型SOFC研发领域具有
举足轻重的地位； ? 中国科学院上海硅酸盐研究所、中国科学院大连化学物理研
二、工作原理
电池含有阴阳两个电极，分别 充满电解液，而两个电极间则 为具有渗透性的薄膜所构成， 氢气和氧气（空气）分别由阳 极和阴极进入燃料电池。经催 化剂的作用，氢气分解为氢离 子和两个电子，其中氢离子迁 移到薄膜的另一边，电子则经 外电路形成电流后到达阴极。 在阴极催化剂的作用下，氢离 子、氧气、电子发生反应生成 水。因此水是反应的唯一排放 物。
三、电池结构
? 由于是全固体的结构，固体氧化物燃料电池 具有多样性的电池结构，以满足不同需求。 主要电池结构有管式、平板式、套管型、单 块叠层结构及热交换一体化的HEXIS结构等 等。不同结构类型的SOFC在结构、性能及 制备等方面各具优缺点。
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主要内容
1.1发展背景
1.1发展背景
研究意义
研究意义
研究意义
SOFC
的应用军事应用
RJ, Vohs JM, J. Catal.,2003,216(1-2):477-486
O 2-O 2-O 2-O 2-O 2-O 2-Cathode
Electrolyte
Anode Air
CO 2 H Fuel SOFC 工作原理
SOFC分类—管式SOFC
管式SOFC
密封技术简化、机械强度高等优点
第二代
直径0.8-2.0mm以上
第三代
微管式SOFC
与前两代相比，体积功率高、启动快，可应用于快速启动的备用及移动设备的辅助电源。
SOFC分类—管式SOFC
第一代
直径10mm以上
SOFC分类—平板式
管式与平板式的比较
SOFC分类—扁管式
SOFC分类—瓦楞式
SOFC发展历史
Germany Japan Siemens Westinghouse
100kW 220kW Canada
SOFC 发展现状
SOFC发展现状
SOFC发展现状
SOFC发展现状
B解决方法
10cm×10cm
发明了BCAS微晶玻璃密封材料授权专利(ZL200410013582.3)
网易、凤凰网、中华网等国内各大网站纷纷转载，黑
国际发展规划
SOFC研究进展—发展目标
总体目标：
主要内容
1.3SOFC的组成及关键材料
高的电子电导
燃料环境不稳定
SM, Acta Mater., 2003,51 (19): 5981-6000。